预制管桩静载试验分析与桩基优化

第４０卷第１６期　２　０　１　４年６月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．１６　Ｊｕｎ．　２０１４　・６３・　文章编号：１００９－６８２５（２０１４）１６—００６３—０２　预制管桩静载试验分析与桩基优化　胡凯锋　摘胡庆　朱念　４３００７１）　（１．中国地震局地震研究所（地震大地测量重点实验室），湖北武汉４３００７１；　２．武汉地震工程研究院有限公司，湖北武汉要：通过预制管桩静载试验曲线确定承载力特征值，分析了建筑物结构与地层情况，并结合管桩极限承载力与静力压桩机最　终压力的关系确定预制管桩桩长，以实现桩基的优化。　关键词：预制管桩，极限承载力，最终压力　中图分类号：ＴＵ４７３．１　文献标识码：Ａ　表１岩土层工程地质特征表　地层编号　及岩土名称　年代　成因　层地埋深　层厚　颜色　状态　０　引言　预制管桩具有承载力高、施工周期短与环保等优势，已经越　来越多的被运用在工程实践中。随着静压管桩施工经验的积累，　静压管桩在武汉地区得到迅速推广，也取得了良好的效果。然　而，引进这项技术的过程中，还有很多技术问题需要解决，因此，　需要更深入开展相关研究。　①杂填土　②粉质粘土　③粘土　Ｑｍ　Ｑ　Ｑ０　ｍ　压缩性　１．１—２．３　３．３～４．６　４．７—５．４　１．１—２．３　杂　松散　高　１．３～３．４　黄褐　软塑一可塑　中一高　０．８～２．５　灰　可塑～流塑　由　④粉质粘土　Ｑ３　１４．１～１６．９　８．６一Ｉ１．３　深灰　可塑一软塑　中一高　④．１中粗砂　Ｑ２　ｐｌ　１２．７～１３．８　１．０～１．７　褐灰　中密　低　⑤粘土　Ｑ　２１．２—２１．８　４．７—７．６　褐黄　可塑　可塑　密实　低　中一低　低　⑥粉质粘土　Ｑ　３１．７～３３．２　ｌ０．２～ｌ１．５　褐黄　⑦中粗砂　Ｑ　ｐｌ　３７．３—３９．４　５．６—６．２　褐灰　１工程地质条件　世茂锦绣长江项目位于武汉汉阳区，地貌单元属长江冲积一　级阶地。各土层的工程地质特征见表１。　该工程采用静压管桩基础，主楼与裙楼部分初步设计承载力　２　静载试验确定单桩承载力特征值　…】　…】…】…，…＇…　Ｈ…】　…，　特征值分别为１　５００　ｋＮ，９００　ｋＮ，桩端持力层分别为⑥粉质粘土、　的３０％，可取平均值（１０２　ｋＮ）作为单桩水平极限承载力统计值。　Ｑ／ｍｍ　工程桩的单桩水平极限承载力不小于１０２　ｋＮ。　Ｑ／ｍｍ　０　２０　４０　６０　８０　１００　１２０　２　４　根据ＪＧＪ　１０６－２００３规范，单桩水平承载力特征值月　取极限承载力　０　２　４　６　２０　４０　６０　８０　１００　１２０　统计值的一半（１０２　ｋＮ／２＝５１　ｋＮ）。该工程预应力混凝土管桩的　单桩水平承载力特征值可取５　１　ｋＮ，能够满足设计要求。　６　８　１０　ｌ２　４结语　本文对泗许高速毫州段０２标Ｋ１２＋７１５分离立交桥２根管　桩进行水平向载荷试验，获得了ＰＨＣ管桩的水平承载力大小以及　管桩在水平荷载作用下的变形规律，得到了一些有益的认识。　ｂ）ＹＩ７—１６号试验桩　８　１０　ｌ２　ａ）Ｙ１７．１３号试验桩　参考文献：　图３管桩单桩水平载荷试验　ｓ曲线　［１］　徐至钧，李智宇，张亦农．预应力混凝土管桩设计施工及应　用实例［Ｍ］．北京：中国建筑Ｘ－＆出版社，２００９．　１９９５．　建筑，２０１２，３８（４）：９２－９３．　奇．单桩水平承载力试验结果判释［Ｊ］．岩石力　学与工程学报，２００２，４（２）：６６．６９．　成，邓安福．水平荷载桩桩土共同作用全过程分析［Ｊ］．　从Ｙ１７．１６号桩的单桩水平静载试验Ｑ一５曲线看，水平荷载　未出现明显陡降，末级荷载作用下的位移为２．０５　ｍｍ，位移梯度　２．７２　ｍｍ，最大回弹量为９．０５　ｍｉｌｌ，回弹率为７６．８９％。因此表明　据ＪＧＪ　１０６－２００３建筑基桩检测技术规范第６．４．４条的规定，该工　加载至１１０　ｋＮ时，力的作用点位移为１１．７７　ｍｍ，曲线为缓变形，　［２］　曾国熙．桩基工程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，　０．２０５　０　ｍｍ／ｋＮ；从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余沉降为　［３］徐金格，陶金良．ＰＨＣ管桩基础在淮南地区的应用［Ｊ］．山西　该桩受水平荷载作用尚未进入极限状态，承载能力还有余量。根　［４］　郑文鑫，林程桩的单桩水平极限承载力不小于１０１　ｋＮ。根据ＪＧＪ　１０６－２００３　［５］　王规范，由于２根受检桩的单桩水平极限承载力极差未超过其平均值　岩土工程学报，２００１，２３（４）：４７６－４８０．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｓｉｔｅ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ＰＨＣ　ｔｕｂｕｌａｒ　ｐｉｌｅｓ　ＷＵ　ＰｉⅡｇ・ｐｉｎｇ　（Ａｎｈｕｉ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｓｔｎｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈｅｆｅｉ　２３００００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ＰＨＣ　ｔｕｂｕｌａｒ　ｐｉｌｅｓ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｕｎｄｅ￣ａｋｅｓ　ｔｈｅ　ｔｕｂｕｌａｒ　ｐｉｌｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｔｅｓｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｂｏｚｈｏｕ　Ｓｅｇｍｅｎｔ　ａｌｏｎｇ　Ｓｉｘｉａｎ－Ｘｕｃｈａｎｇ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ，ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｔｈｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ＰＨＣ　ｔｕｂｕｌａｒ　ｐｉｌｅｓ，ａｎｄ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｓ　ｔｈｅ　ｖｏｌｕｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｌａｗ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｂｅａｒｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＨＣ　ｔｕｂｕｌａｒ　ｐｉｌｅ，ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｔｅｓｔ，ｌｏａｄｉｎｇ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　收稿日期：２０１４—０３－２８　作者简介：胡凯锋（１９８５－），男，硕士，助理工程师；胡庆（１９８６．），男，硕士，助理工程师　朱念（１９８４－），男，硕士，助理工程师　・６４・　第４０卷第１６期　２　０　１　４年６月　山　西　建　筑　　⑦中粗砂。现场要求先进行试桩试验，主楼与裙楼部分试桩桩长　试验结果如表３所示，Ｑ—ｓ曲线如图５，图６所示。分别为２１　ｍ，３４　ｍ。在现场对６根试桩进行竖向抗压静载试验，　果见表２。　表２试桩参数及结果　序号　桩径　桩长　极限承　承载力　特征值对　终压力　载力／ｋＮ　特征值／ｋＮ　应的沉降／ｍｍ　ｋＮ　ｌ　４ＯＯ　３４　３　４ｏ０　ｌ　７０ｏ　４．２ｌ　２　３００　０１　３　５　７　９　０　２　４　６　８　∞舳∞∞加∞∞∞∞　∞　试验利用静力压桩机提供稳定荷载，分级加载直至破坏，试验结　序号　桩径　桩长　极限承　１　４００　２７　３　１００　表３工程桩参数及结果　承载力　特征值对　终压力　效应　载力／ｋＮ　特征值／ｋＮ　应的沉降／ｍｍ　ｋＮ　系数　ｌ　５５０　４．８ｌ　１　３００　２．３８　２　４０ｏ　４００　２７　２７　３　０ｏＯ　３　０ｏ０　１　５ｏ０　１　５００　５．３６　５．１５　１　２００　１　２００　２．５Ｏ　２．５０　效应　系数　１．４８　３　ｑ／ｋＮ　９３０　２　１７０　６２Ｏ　ｌ　５５０　３　１Ｏ０　ＱＩｋＮ　９００　２　１００　６００　１　５０ｏ　３　Ｏ０ｏ　２　３　４　５　６　４Ｏ０　４００　４０Ｏ　４０ｏ　４００　３４　３４　３４　２１　２ｌ　３　４００　３　５０ｏ　３　４０ｏ　２　８８０　２　８８０　１　７０ｏ　ｌ　７５０　ｌ　７００　ｌ　４４Ｏ　ｌ　４４０　３．７６　４．３５　３．８７　２．７３　２．５２　２　６５３　２　４７３　２　７４８　１　１６ｏ　１　１７２　１．２８　１．４２　１．２４　２．４８　２．４６　Ｏｌ　３　５　７　９　０　２　４　６　８　其中，１号～４号桩桩端持力层为⑦中粗砂，５号与６号桩桩　端持力层为⑥粉质粘土，通过试验得出的Ｑ—ｓ曲线见图１一图４。　通过单桩竖向静载荷试验，从图３与图４可以看出，５号桩与　∞∞∞柏　∞∞∞柏∞∞　６号桩都加载至破坏，取其上一级荷载作为单桩竖向极限承载力，　１号一４号桩都没有破坏，可以通过缩短设计桩长，进一步优化设计。　Ｑ／ｋＮ　６８０　２　０４０　３　４００　图５　７号桩静载试验　—　曲线　图６　９号桩静载试验　—　曲线　通过试验结果可以得出，优化设计后，管桩最终沉降值满足　工程要求，从而证实该优化结果是合理的，节约了工程造价。　Ｑ／ｋＮ　７００　２　１００　３　５ｏ０　４结语　静压管桩具有周期短，承载力高等优点，施工过程中需进行　试桩静载试验，依据试验得出的极限承载力与静力压桩机终压力　１Ｊ　１ｊ　１ｊ　１Ｏ　２　７ｍ挖　＂加　∞如∞蚰∞∞∞∞∞∞∞　对成桩质量进行控制。同时，根据试桩结果并结合勘察报告提供　的有效参数对桩基进行优化设计是可行的，特别是软土地基，可　以大大降低工程造价。　参考文献：　图１　１号桩静载试验　Ｓ曲线　图２　３号桩静载试验　ｓ曲线　［１］　赵俭斌．辽沈地区静压管桩终压力与单桩极限承载力的关　系研究［Ｊ］．沈阳建筑大学学报（自然科学版），２００５（４）：　３０２－３０４．　Ｃｏｃｋ　Ｅ．Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ａｘｉａｌｌｙ　Ｉ　ａｄ　Ｂｏｒｅｄ　Ｐｉｌｅｓ—Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｄｅｓ．　Ｐｒａｃｔｉｃｅ［ｃ］．Ｂａｌｋｅｍａ，Ｒｏｔｔｅｒ　ｄａｍ：Ｖａｎ　Ｉｍｐｅ＆Ｈｅａｇｅｍａｎ　０　２　４　６　９¨＂　加幻　∞∞∞　加如∞ｍ∞加∞　（ｅｄｓ）１９９８．　阮起楠．预应力混凝土管桩［Ｍ］．北京：中国建材工业出版　社．２０ｏ０．　Ｐｏｕｌｏｓ　Ｈ　Ｇ．Ｐｉｌｅ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｃｈ－　ｎｉｑｕｅ，１９８９，３９（３）：３６５—４１５．　圈３　５号桩静载试验　—　曲线　图４　６号桩静载试验　—　曲线　黎志中．静压桩桩长、终压力、极限承载力关系研究［Ｊ］．岩　土工程师，１９９９，１１（４）：３５—４０．　Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ　Ｍ　Ｊ．Ｔｈｅ　ａｄｈｅｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｉｌｅｓ　Ｄｒｉｖｅｎ　ｉｎｔｏ　Ｃｌａｙ　Ｓｏｉｌｓ　３主楼部分预制管桩优化设计　依据静载试验结果，可以得出，１号一４号桩为摩擦端承桩，　５号与６号桩为端承摩擦桩。由于主楼部分设计承载力特征值为　１　５００　ｋＮ，可以考虑缩短实际桩长，以⑥粉质粘土层作为持力层，　从而使其成为端承摩擦桩。实际工程中，可依据效应系数　，并结　合勘察报告中提供的参数，综合分析决定主楼部分桩长采用　２７　ｍ。施工过程中考虑标高与静力压桩机终压力双重控制，施工　［ｃ］．Ｐｒｏｃ．４ｔｈ　Ｉｎｔ．ｃｏｎｆ．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｓｏｉｌ　Ｍｅｃｈｓ　Ｆｄｎ　Ｅｎｇｎｇ，１９９６　（２）：６６－７１．　Ｍａｔｔｅｓ　Ｎ　Ｓ，Ｐｏｕｌｅｓ　Ｈ　Ｇ．Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｉｎｇｌｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ　ｐｉｌｅ　［Ｊ］．Ｐｒｏ　ＡＣＳＥ，Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｄｉｖｉ・　ｓｉｏｎ，１９６９，９５（Ｓ１）：１８９－２０７．　结束后并进行静载试验检验优化设计后的效果。　施工完成并达到休止期后，对其中３根桩进行抗压静载试验，　王宁伟，李天祺，董巍．静压管桩在沈阳地区的应用［Ｊ］．　沈阳建筑工程学院学报（自然科学版），２００４，２０（３）：１８６－１８８．　Ｐｉｐｅ　ｐｉｌｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｌｏａｄ　ｔｅｓｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｉｌｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ＨＵ　Ｋａｉ－ｆｅｎｇ’ｔ　ＨＵ　Ｑｉｎｇ’’　ＺＨＵ　Ｎｉａｎ’’　（１．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆＥａｒｔｈｑ　ｕａｋｅ　Ｇｅｏｄｅｓｙ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆＳｅｏｉｓｍｏｌｏｇｙ　ＣＥＡ，Ｗｕｈａｎ　４３００７１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｗｕｈａｎ　Ｉｓｔｎｉｔｕｔｅ　ｏｆＥａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　４３００７１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａ１ｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｉｐｅ　ｐｉｌｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｌｏａｄ　ｔｅｓｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｉｌｅ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｐｒｅｃａｓｔ　ｐｉｅ　ｐｉｐｌｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｌｏａｄ　ｔｅｓｔ　ｃｕｒｖｅ　ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｖａｌｕｅ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ　ｕｌｔｉｍａｔｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｔａｔｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｐｉｌｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｅｖｅｎｔｕａｌｌｙ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｐｉｐｅ　ｐｉｌｅ　ｌｅｎｇｔｈ，ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｐｉｐｅ　ｐｉｌｅ，ｕｌｔｉｍａｔｅ　ｂｅａｔｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅ　ｅｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ